Einsteinova obecná teorie relativity pracuje s prostorem jako se zcela hladkým spojitým tkanivem. Kvantová fyzika zase naznačuje, že by prostor měl být v nejmenších rozměrech „zrnitý“, tak jako zrnka písku na nesmírné mořské pláži. Tyto dva světy rovnic a teorémů se na první pohled zdají být jako oheň a voda. Je také všeobecně známo, že stárnoucí Einstein nebyl z kvantové fyziky nijak zvlášť nadšený, přestože se původně sám významně podílel na jejím vzniku. Navzdory tomu se moderní fyzika usilovně snaží tyto dva veliké koncepty usmířit do jednoho rámce, dejme tomu teorie kvantové gravitace. Povaha prostoru je tedy nevyhnutelně zapletena do horkých fyzikálních třenic, v nichž se doslova hraje o podstatu celého bytí.
Nedávno na tomto kolbišti došlo k významnému zvratu, který nepochybně citelně zasáhne do spletitých představ o povaze prostoru. Zasloužil se o to Philippe Laurent z výzkumného centra francouzského úřadu pro atomovou energii CEA Saclay, který s dalšími kolegy analyzoval data orbitální laboratoře INTEGRAL (International Gamma Ray Astrophysics Laboratory), pozorující od 17. října 2002 v žoldu Evropské kosmické agentury (ESA) astronomické zdroje gama záření. Podle výpočtů by totiž zrnka prostoru dle konceptu kvantové fyziky měla působit na procházející paprsky gama záření a ovlivňovat jejich polarizaci. Teorie praví, že by vysokoenergetické gama záření mělo být ovlivněno více, než paprsky gama s nižší energií a z rozdílu jejich polarizací by mělo být možné odhadnout velikost kvant prostoru.
Laurent a spol. pracovali s údaji kamery IBIS (Imager on Board INTEGRAL Spacecraft), která 19. prosince 2004 nasnímala jeden z nejsilnějších pozorovaných záblesků gama z vesmíru (gamma-ray burst, GRB) v historii, označený jako GRB 041219A. Tento spektakulární výtrysk energie byl tak jasný a zřetelný, že u něj sonda INTEGRAL mohla přesně změřit polarizaci gama záření. Badatelé se prý velmi usilovně snažili najít rozdíly v polarizaci různých úrovní gama záření tohoto záblesku, ale nenašli vůbec nic, alespoň v rozsahu citlivosti použitých přístrojů. Na první pohled se nestalo zase tak moc, ale ve skutečnosti jde o poměrně zásadní výsledek, který otřese základy fyziky a pravděpodobně odstřelí některé z teorií superstrun a teorií smyčkové kvantové gravitace. Podle těchto konceptů by se totiž velikost zrnek prostoru měla pohybovat kolem 10 na mínus 35 metru. Pokud se někde nestala chyba, tak data INTEGRALu teď poměrně nesmlouvavě omezují velikost případných kvant prostoru na maximálně 10 na mínus 48 metru.
Je to tragédie i pro příznivce takzvaného holografického principu navrženého Gerardem ´t Hooftem a Leonardem Susskindem, podle jehož ambiciózní všeobjímající varianty veškerá hmota vlastně zabírá plochu a ne objem a celý vesmír by tudíž měl být hologramem vyjadřujícím informaci vtištěnou v jeho hranicích. Tento sympaticky šílený a velmi poetický koncept mimo jiné v myšlenkovém rámci superstrun řešil takzvaný informační paradox černých děr, který je vlastně dítkem šarvátek mezi obecnou teorií relativity a kvantovou fyzikou.
Nejoriginálnější mozky planety si už dlouho žhaví závity s tím, jak probíhá vypařování černých děr a co se stane s informací o hmotě, kterou během života černá díra pohltí. Ztratí se tato informace? Nebo snad nějak zázračně unikne do okolního vesmíru? Kvantová fyzika zakazuje, aby se informace ztrácela, ale i možné scénáře úniku informace z černých děr vypadají navýsost podezřele. Někde tady je prostě něco špatně, ale zatím jenom tápeme. Na informačním paradoxu černých děr si vylámal zuby i Stephen Hawking, který ohledně něho prohrál slavnou sázku s Johnem Preskillem o encyklopedii baseballu. Hawking měl tehdy za to, že informace v černé díře zcela zmizí a posléze frajersky uznal, že se mýlil. Musel čelit i holografickému vesmíru, který se zdál být dobrým řešení potíží s informací v černých děrách. V tuto chvíli je ale skoro určitě s holografickým vesmírem konec, alespoň v jeho dosavadní podobě.
Orbitální laboratoř INTEGRAL uskutečnila podobné pozorování už v roce 2006, kdy analyzovala polarizaci gama záření z Krabí mlhoviny, což je pozůstatek supernovy ve vzdálenosti cca 6500 světelných let, tedy takřka za rohem. Nové pozorování je ale mnohem závažnější, protože zdroj záblesku gama GRB 041219A je zřejmě mnohem dál, ve vzdálenosti nejméně 300 miliónů světelných let. Odborníci předpokládají, že by se případný vliv kvant zrnitého prostoru na paprsky gama záření měl se vzdáleností zdroje od Země zvětšovat a když Laurent a spol. i tak nic nenašli, tak je to opravdu průšvih. Teoretičtí fyzici se teď musejí oklepat z utrpěného šoku a pak začít kroutit svoje teorie a úvahy podle nového stavu věcí.
Prameny:
ESA News 30.6. 2011, Physical Review online 28.6. 2011, Scinet.cz, Wikipedia (INTEGRAL, Holographic principle, Black hole information paradox).